1、0.1簡述工業(yè)機(jī)器人的定義，說明機(jī)器人的主要特征。答：機(jī)器人是一種用于移動各種材料、零件、工具、或?qū)Ｓ醚b置，通過可編程動作來執(zhí)行種種任務(wù)并具有編程能力的多功能機(jī)械手。1 .機(jī)器人的動作結(jié)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官(肢體、感官等)的功能。2 .機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動作程序靈活易變。3 .機(jī)器人具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等。4 .機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。0.2工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床有什么區(qū)別？答：1.機(jī)器人的運(yùn)動為開式運(yùn)動鏈而數(shù)控機(jī)床為閉式運(yùn)動鏈；2 .工業(yè)機(jī)器人一般具有多關(guān)節(jié)，數(shù)控機(jī)床一般無關(guān)節(jié)且均為直角坐標(biāo)系統(tǒng)

2、；3 .工業(yè)機(jī)器人是用于工業(yè)中各種作業(yè)的自動化機(jī)器而數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于冷加工。4.機(jī)器人靈活性好，數(shù)控機(jī)床靈活性差。0.5簡述下面幾個(gè)術(shù)語的含義：自有度、重復(fù)定位精度、工作范圍、工作速度、承載能力。答：自由度是機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)運(yùn)動的數(shù)目，不包括手爪(末端執(zhí)行器)的開合自由度。重復(fù)定位精度是關(guān)于精度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)某一確定位置準(zhǔn)確的概率，是重復(fù)同一位置的范圍，可以用各次不同位置平均值的偏差來表示。工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，也叫工作區(qū)域。工作速度一般指最大工作速度，可以是指自由度上最大的穩(wěn)定速度，也可以定義為手臂末端最大的合成速度(通常在技術(shù)參數(shù)中加

3、以說明)。承載能力是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。0.6什么叫冗余自由度機(jī)器人？答：從運(yùn)動學(xué)的觀點(diǎn)看，完成某一特定作業(yè)時(shí)具有多余自由度的機(jī)器人稱為冗余自由度機(jī)器人。3.1 何謂軌跡規(guī)劃？簡述軌跡規(guī)劃的方法并說明其特點(diǎn)。答：機(jī)器人的軌跡泛指工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)動過程中的運(yùn)動軌跡，即運(yùn)動點(diǎn)位移，速度和加速度。軌跡的生成一般是先給定軌跡上的若干個(gè)點(diǎn)，將其經(jīng)運(yùn)動學(xué)反解映射到關(guān)節(jié)空間，對關(guān)節(jié)空間中的相應(yīng)點(diǎn) 建立運(yùn)動方程，然后按這些運(yùn)動方程對關(guān)節(jié)進(jìn)行插值，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)空間的運(yùn)動要求，這一過程通常稱為 軌跡規(guī)劃。(1)示教一再現(xiàn)運(yùn)動。這種運(yùn)動由人手把手示教機(jī)器人，定時(shí)記錄各關(guān)節(jié)變量，得到沿路

4、徑運(yùn)動時(shí)各關(guān) 節(jié)的位移時(shí)間函數(shù) q(t);再現(xiàn)時(shí)，按內(nèi)存中記錄的各點(diǎn)的值產(chǎn)生序列動作。(2)關(guān)節(jié)空間運(yùn)動。這種運(yùn)動直接在關(guān)節(jié)空間里進(jìn)行。由于動力學(xué)參數(shù)及其極限值直接在關(guān)節(jié)空間里描 述，所以用這種方式求最短時(shí)間運(yùn)動很方便。(3)空間直線運(yùn)動。這是一種直角空間里的運(yùn)動，它便于描述空間操作，計(jì)算量小，適宜簡單的作業(yè)。(4)空間曲線運(yùn)動。這是一種在描述空間中用明確的函數(shù)表達(dá)的運(yùn)動。3.2 設(shè)一機(jī)器人具有 6個(gè)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，其關(guān)節(jié)運(yùn)動均按三次多項(xiàng)式規(guī)劃，要求經(jīng)過兩個(gè)中間路徑點(diǎn)后停在一 個(gè)目標(biāo)位置。試問欲描述該機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動，共需要多少個(gè)獨(dú)立的三次多項(xiàng)式？要確定這些三次多項(xiàng)式，需要多少個(gè)系數(shù)？答：共需要3個(gè)

5、獨(dú)立的三次多項(xiàng)式；需要72個(gè)系數(shù)。3.3 單連桿機(jī)器人的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，從q = -5。靜止開始運(yùn)動，要想在 4 s內(nèi)使該關(guān)節(jié)平滑地運(yùn)動到q =+80。的位置停止。試按下述要求確定運(yùn)動軌跡：(1)關(guān)節(jié)運(yùn)動依三次多項(xiàng)式插值方式規(guī)劃。(2)關(guān)節(jié)運(yùn)動按拋物線過渡的線性插值方式規(guī)劃。解：(1)采用三 次多項(xiàng)式插 值函數(shù)規(guī) 劃其運(yùn)動。已 知日0 =5：10 f =80：tf =4s,代入可 得系數(shù) 為a0 =-5,a1 =0,a2 =15.94,a3 -2.66運(yùn)動軌跡：(2)運(yùn)動按拋物線過渡的線性插值方式規(guī)劃: 根據(jù)題意，定出加速度的取值范圍：如果選4 4 42算出過渡時(shí)間taitai=2-422 42 -

6、4 42 852 42=0.594s13計(jì)算過渡域終了時(shí)的關(guān)節(jié)位置10al和關(guān)節(jié)速度8：,得%= -5，、1_ _ _ 2_(-42 0.5942) =2.44.1 機(jī)器人本體主要包括哪幾部分？以關(guān)節(jié)型機(jī)器人為例說明機(jī)器人本體的基本結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn)。答：機(jī)器人本體：(1)傳動部件(2)機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)(3)機(jī)身及行走機(jī)構(gòu)(4)腕部(5)手部基本結(jié)構(gòu)：機(jī)座結(jié)構(gòu)、腰部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、大臂結(jié)構(gòu)、大臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、小臂結(jié) 構(gòu)、小臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、手腕結(jié)構(gòu)、手腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置、末端執(zhí)行器。主要特點(diǎn)：(1) 一般可以簡化成各連桿首尾相接、末端無約束的開式連桿系，連桿 系末端自由且無支承，這決定了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剛度不高

7、，并隨連桿 系在空間位姿的變化而變化。(2)開式連桿系中的每根連桿都具有獨(dú)立的驅(qū)動器，屬于主動連桿系， 連桿的運(yùn)動各自獨(dú)立，不同連桿的運(yùn)動之間沒有依從關(guān)系，運(yùn)動靈 活。(3)連桿驅(qū)動扭矩的瞬態(tài)過程在時(shí)域中的變化非常復(fù)雜，且和執(zhí)行器反 饋信號有關(guān)。連桿的驅(qū)動屬于伺服控制型，因而對機(jī)械傳動系統(tǒng)的剛 度、間隙和運(yùn)動精度都有較高的要求。(4)連桿系的受力狀態(tài)、剛度條件和動態(tài)性能都是隨位姿的變化而變化 的，因此，極容易發(fā)生振動或出現(xiàn)其他不穩(wěn)定現(xiàn)象。4.2 如何選擇機(jī)器人本體的材料，常用的機(jī)器人本體材料有哪些？答：需滿足五點(diǎn)基本要求：1.強(qiáng)度大 2.彈性模量大3.重量輕 4.阻尼小 5.材料經(jīng)濟(jì)性常用材料

8、：1.碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼2.鋁、鋁合金及其他輕合金材料3.纖維增強(qiáng)合金4.陶瓷 5.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料6.粘彈性大阻尼材料4.3 何謂材料的E/ P?為提高構(gòu)件剛度選用材料E/P大些還是小些好，為什么？答：即材料的彈性模量與密度的比值；大些好，彈性模量 E越大，變形量越小，剛度走越大；且密度隗小，構(gòu)件質(zhì)量越小，則構(gòu)件的慣性力越小，剛度越大。所以 E/5大些好。4.4 機(jī)身設(shè)計(jì)應(yīng)注意哪些問題？答：（1）剛度和強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好。（2）運(yùn)動靈活，導(dǎo)套不宜過短，避免卡死。（3）驅(qū)動方式適宜。（4）結(jié)構(gòu)布置合理。4.5 何謂升降立柱下降不卡死條件？立柱導(dǎo)套為什么要有一定的長度？解：（1）當(dāng)升降立柱的偏重力

9、矩過大時(shí)，如果依靠自重下降，立柱可能卡死在導(dǎo)套內(nèi)；當(dāng)h>2fL時(shí)立柱依靠自重下降就不會引起卡死現(xiàn)象。（2）要使升降立柱在導(dǎo)套內(nèi)下降自由，臂部總重量W必須大于導(dǎo)套與立柱之間的摩擦力Fm1及Fm2因此升降立柱依靠自重下降而不引起卡死的條件為 即式中：h為導(dǎo)套的長度（m）; f為導(dǎo)套與立柱之間的摩擦系數(shù)，f=0.0150.1, 一般取較大值；L為偏重力臂（m）。4.9 機(jī)器人手爪有哪些種類，各有什么特點(diǎn)？答：1.機(jī)械手爪：依靠傳動機(jī)構(gòu)來抓持工件；2 .磁力吸盤：通過磁場吸力抓持鐵磁類工件，要求工件表面清潔、平整、干燥，以保證可靠地吸附， 不適宜高溫條件；3 .真空式吸盤：利用真空原理來抓持工件

10、，要求工件表面平整光滑、干燥清潔，同時(shí)氣密性要好。4.11 何謂自適應(yīng)吸盤及異形吸盤？答：自適應(yīng)吸盤：真空吸盤的一種新設(shè)計(jì)，增加了一個(gè)球關(guān)節(jié)，吸盤能傾斜自如，適應(yīng)工件表面傾角的變 化。異形吸盤：真空吸盤的一種新設(shè)計(jì)，可以用于吸附雞蛋、錐頸瓶等非平整工件。4.15 傳動件消隙常有哪幾種方法，各有什么特點(diǎn)？答：1）消隙齒輪：相嚙合的兩齒輪中有一為兩個(gè)薄齒輪的組合件，能過兩個(gè)薄齒輪的組合來消隙；2）柔性齒輪消隙：對具有彈性的柔性齒輪加一預(yù)載力來保證無側(cè)隙嚙合；3）對稱傳動消隙：一個(gè)傳動系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)對稱的分支傳動，并且其中有一個(gè)具有回彈能力。4）偏心機(jī)構(gòu)消隙：當(dāng)有齒輪磨損等原因造成傳動間隙增加時(shí)，利用

11、中心距調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整中心距。5）齒廓彈性覆層消隙：齒廓表面覆有薄薄一層彈性很好的橡膠層或?qū)訅翰牧希ㄟ^對相嚙合的一對齒輪加以預(yù)載，來完全消除嚙合側(cè)隙。4.16 簡述機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本形式和特點(diǎn)。答：基本形式：固定軌跡式和無固定軌跡式（步行式、輪式和履帶式）固定軌跡式：機(jī)身底座安裝在一個(gè)可移動的拖板座上，靠絲杠螺母驅(qū)動，整個(gè)機(jī)器人沿絲杠縱向移動。無固定軌跡式：在行走過程中，步行式為間斷接觸，輪式和履帶式與地面為連續(xù)接觸；前者為類人（或動物）的腿腳式，后兩者的形態(tài)為運(yùn)行車式。運(yùn)行車式行走機(jī)構(gòu)用得比較多，多用于 野外作業(yè)，比較成熟。步行式行走機(jī)構(gòu)正在發(fā)展和完善中。6.1試述機(jī)器人示教編程的過程及

12、特點(diǎn)。答：過程：操作者根據(jù)機(jī)器人作業(yè)的需要把機(jī)器人末端執(zhí)行器送到目標(biāo)位置，且處于相應(yīng)的姿態(tài)，然后把 這一位置、姿態(tài)所對應(yīng)的關(guān)節(jié)角度信息記錄到存儲器保存。對機(jī)器人作業(yè)空間的各點(diǎn)重復(fù)以上 操作，就把整個(gè)作業(yè)過程記錄下來，再通過適當(dāng)?shù)能浖到y(tǒng)，自動生成整個(gè)作業(yè)過程的程序代 碼。優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，易于掌握，操作者不需要具備專門知識，不需復(fù)雜的裝置和設(shè)備，軌跡修改方便，再現(xiàn)過程快。缺點(diǎn)：(1)示教相對于再現(xiàn)所需的時(shí)間較長；(2)很難示教復(fù)雜的運(yùn)動軌跡及準(zhǔn)確度要求高的直線；(3)示教軌跡的重復(fù)性差；(4)無法接受傳感器信息；(5)難以與其他操作或其他機(jī)器人操作同步。6.2試舉例說明MOTOMAN UP6機(jī)器

13、人焊接作業(yè)時(shí)的示教編程過程。答：S1.通過示教盒使機(jī)器人處于示教狀態(tài)；52 .創(chuàng)建新的示教程序，用軸操作鍵將機(jī)器人依次移動到準(zhǔn)備位置、可作業(yè)姿態(tài)、作業(yè)開始位置、作業(yè) 結(jié)束位置等位置并輸入相應(yīng)的插補(bǔ)方式及相應(yīng)的操作命令；53 .示教軌跡的確認(rèn)。6.3按機(jī)器人作業(yè)水平的程度分，機(jī)器人編程語言有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？答：1.動作級編程語言：優(yōu)點(diǎn)：比較簡單，編程容易。缺點(diǎn)：功能有限，無法進(jìn)行繁復(fù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，不接受浮點(diǎn)數(shù)和字符串，子程序不含有自變量；不能 接受復(fù)雜的傳感器信息，只能接受傳感器開關(guān)信息；與計(jì)算機(jī)的通信能力很差。2 .對象級編程語言：(1)具有動作級編程語言的全部動作功能；(2)有較強(qiáng)的感知

14、能力；(3)具有良好的開放性；(4)數(shù)字計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng);3 .任務(wù)級編程語言：結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，需要人工智能的理論基礎(chǔ)和大型知識庫、數(shù)據(jù)庫的支持。6.7 機(jī)器人離線編程的特點(diǎn)及功能是什么？答：特點(diǎn)：在不接觸實(shí)際機(jī)器人及機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的情況下，通過圖形技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上提供一個(gè)和機(jī)器 人進(jìn)行交互作用的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。功能：利用機(jī)器人圖形學(xué)的成果，建立起機(jī)器人及其作業(yè)環(huán)境的模型，再利用一些規(guī)劃算法，通過對 圖形的操作和控制，在離線的情況下進(jìn)行軌跡規(guī)劃。6.8 MOTOMAN UP6型機(jī)器人仿真軟件有哪些主要功能？答：編輯、仿真、檢測和示教。7.1 機(jī)器人的工業(yè)應(yīng)用可分為哪四個(gè)方面？答：材料加工、零件

15、制造、產(chǎn)品檢驗(yàn)和裝配。7.3 完整的焊接機(jī)器人系統(tǒng)一般由哪幾個(gè)部分組成？答：機(jī)器人操作機(jī)、變位機(jī)、控制器、焊接系統(tǒng)、焊接傳感器、中央控制計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的安全設(shè)備等。7.4 簡述變位機(jī)在焊接生產(chǎn)線或焊接柔性加工單元中的作用。答：將被焊工件旋轉(zhuǎn)(平移)到最佳的焊接位置。7.5 簡述焊接機(jī)器人按用途、結(jié)構(gòu)、受控方式及驅(qū)動方法等進(jìn)行分類的情況。答：按用途：弧焊和點(diǎn)焊；按結(jié)構(gòu)：關(guān)節(jié)型和非關(guān)節(jié)型按受控方式：點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制.弧焊機(jī)器人與7.6 弧焊機(jī)器人工作站按功能和復(fù)雜程度的不同可分為哪幾種。答:.無變位機(jī)的普通弧焊機(jī)器人工作站；.不同變位機(jī)與弧焊機(jī)器人組合的工作站；周邊設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)動的工作站。7.7

16、 自動搬運(yùn)工作站由哪些部分組成？答：組成：搬運(yùn)機(jī)器人和周邊設(shè)備（工件自動識別裝置、自動啟動及自動傳輸裝置等）7.12 機(jī)器人裝配作業(yè)的主要操作過程是什么？ 答：垂直向上抓起零部件，水平移動它，然后垂直放下插入。0.7題0.7圖所示為二自由度平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人機(jī)械手，圖中L1=2L2,關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角范圍是0° < 9 1W180,-90 ° < 0 2< 180°，畫出該機(jī)械手的工作范圍（畫圖時(shí)可以設(shè)L2=3cm）。1.1 點(diǎn)矢量丫為._./* h，相對參考系作如下齊次坐標(biāo)變換:A=P寫出變換后點(diǎn)矢量 v的表達(dá)式，并說明是什么性質(zhì)的變換，寫出旋轉(zhuǎn)算子Ro

17、t及平移算子Trans。解：v =Av=10.009.6620.0030.00119.32391屬于復(fù)合變換:旋轉(zhuǎn)算子Rot（Z,平移算子 Trans(11.0,-3.0,9.0) 二一110 0901000 11.00 -3.019.0011.2有一旋轉(zhuǎn)變換，先繞固定坐標(biāo)系Z0軸轉(zhuǎn),再繞其X0軸轉(zhuǎn)，最后繞其丫。軸轉(zhuǎn)，試求該齊次坐標(biāo)變換矩陣。解：齊次坐標(biāo)變換矩陣 R=Rot（Y ,Rot ( XRot(Z ，)0.50 0.866 0 10001001-0.86600.50-00010 0.866 -0.500.50.8669000 0.7070 0.707001- 0-0.707 0 00.

18、707000100010.660-0.0470.75000.6120.612-0.501-0.4360.4360.4330,然后繞旋轉(zhuǎn)后的動坐標(biāo)系的-0001_1.3 坐標(biāo)系B起初與固定坐標(biāo)系O相重合，現(xiàn)坐標(biāo)系B繞Zb旋轉(zhuǎn)Xb軸旋轉(zhuǎn)，試寫出該坐標(biāo)系B的起始矩陣表達(dá)式和最后矩陣表達(dá)式。解：起始矩陣：B=O=一10010.0最后矩陣：B' =Rot(Z,)B Rot(X,-0.866-0.353000.50.612-0.612000.7070.7070一 00011.0000.0000.0000.00.0000.866-0.50010.00.0000.5000.866-20.0一 0001

19、 -0.866-0.5000.000-3.010.4330.750-0.500-3.00.2500.4330.8663.0一 0001 -1.4 坐標(biāo)系A(chǔ)及B在固定坐標(biāo)系O中的矩陣表達(dá)式為A二B=畫出它們在O坐標(biāo)系中的位置和姿勢；A=Trans (0.0, 10.0, -20.0) Rot (X,) OB=Trans(-3.0, -3.0, 3.0) Rot(X ,) Rot (Z,) O 1.5寫出齊次變換陣BAH ,它表示坐標(biāo)系B連續(xù)相對固定坐標(biāo)系A(chǔ)作以下變換:(1)繞Za軸旋轉(zhuǎn)(2)繞XA軸旋轉(zhuǎn)-。(3)移動 3 7 9T。AH =Trans9) Rot) Rot一 100-03 in。

20、10-101 一130-101 一。-10-10.000 .00-10-00-1.03171.6寫出齊次變換矩陣；H ,它表示坐標(biāo)系B連續(xù)相對自身運(yùn)動坐標(biāo)系B作以下變換:(1)移動 3 7 9T。(2)繞Xb軸旋轉(zhuǎn)(3)繞Zb軸轉(zhuǎn)-B.b H =Trans (3, 7, 9) Rot (X,) Rot (Z,)=o o O- 1 o o o.0 0 3 110 7 00 19 00 0 1-00 00 -1100 00 0 10-101-0 00 00 01 00 100100-100307 -11 00 00 10 001 一0-111 -010000 3-1 70 90 11.7對于1.7

21、圖(a)所示的兩個(gè)楔形物體, 后的狀態(tài)如題1.7圖(b)所示。(a)試用兩個(gè)變換序列分別表示兩個(gè)楔形物體的變換過程，使最(b)1-1-111-1004400解：A=000022-111111-1-1-111-1559955B=000022_111111-A'=Trans(2 ,0 ,0 ) Rot ( Z ,) Rot ( XTrans ( 0 ,1002 0 -1 0 0 10100001000011 0 100 10 0 10-1 0 0 0 0 1-4011 -1 -1004|000111o - 4 1 0 14 1 2 10 1 2 o 1 2-14 1 2 14 1, - o

22、 2 1 10 2 1 14 0 14 o 1 o o 1 1 o o 1, - 1J 2 0 4 1 1 -oo o o O-1O o 1 o o,B =Rot( X ,) RotTrans (0,-5o o o 1 o 1 o o -. 71 o o o 1-4 ,0 )1 1 -1,0)-1A=B=o o 1-1O o o 1 o o o o.-1-501O-5O 1 o o 1 o o 1 o o 1 o o o, o o o 1 1 o o o o o 1 o o 1 o o,-5 2 115 2 119 0 19 o 15 o 115 0 10 0 11 0 010 1 0A 0 00【 0-511-15 50 011-1 1 19 9 50 0 2111-10 05 _ 1 -1 2=000 0 2 2 -111-1 4 4 0 0 11111.8如題1.8圖所示的二自由度平面機(jī)械手，關(guān)節(jié)1為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)變量為 心；關(guān)節(jié)節(jié)變量為d2。試：2為移動關(guān)節(jié),010306090d 2/m0.500.801.000.70(1)建立關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，并寫出該機(jī)械手的運(yùn)動方程式。(2)按下列關(guān)節(jié)變量參數(shù)求出手部中心的位置值。連桿0aad10 1000如圖所示的坐標(biāo)系參數(shù)和關(guān)節(jié)變量200d20機(jī)械手的運(yùn)動方程式:當(dāng)。